JP2017165100A - 光透過型導電積層体、それを用いた光透過型導電成形体 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)入力側から少なくとも表皮材と透明導電基材が順に積層された、光透過型導電積層体。
(2)表皮材が、織物、編物、不織布、合成皮革、人工皮革のいずれかである光透過型導電積層体。
(3)表皮材が、不織布から構成される層を含む光透過型導電積層体。
(4)表皮材を構成する少なくともひとつの繊維質が、起毛加工されたものである光透過型導電積層体。
(5)表皮材が、単繊維繊度2dtex以下の合成繊維および高分子弾性体を含む光透過型導電積層体。
(6)透明導電基材の全光線透過率が50%以上である光透過型導電積層体。
(7)透明導電基材の表面抵抗値が1〜1000Ω/□である光透過型導電積層体。
(8)透明導電基材の材料がナノカーボン、インジウム−スズ酸化物、銀あるいは銅メッシュ、金属ナノワイヤ、導電性高分子のいずれかを含む光透過型導電積層体。
(9)光透過型導電積層体を用いた光透過型導電成形体。
(10)透明導電基材の材料がナノカーボン、導電性高分子のいずれかを含む光透過型導電成形体。
(11)光透過型導電積層体および請光透過型導電成形体を用いた静電容量式タッチセンサー。
(12)光透過型導電積層体をフィルムインサート成型、真空成型、3次元ラミネート成型、および熱プレス成型からなる群から選択される少なくともひとつで成型する光透過型導電成形体の製造方法。
本発明の光透過型導電積層体は少なくとも入力側から表皮材と透明導電基材が積層された光透過型導電積層体である。本発明の光透過型導電積層体は光透過性を有するため、例えばLEDなどの光源を透明導電基材側(背面)に配置し、発光させることにより表皮材表面に図形や文字等の意匠を表示させることが可能である。また、表皮材表面を指で触れるあるいは表皮材表面近傍に手を近づけると光源が点灯し、スイッチ機能として動作する静電容量式タッチセンサーとして用いることができる。タッチセンサーとして用いることができるため、押下式のスイッチに比べ、操作の際に手で触れる表皮材に対して、実使用においてのダメージが少ないため、品位の悪化等が起こりにくい。
本発明において、光透過型導電積層体に用いられる表皮材は、織物や編物などの織布、不織布、織布の表面に樹脂が塗布され表面が銀面調に処理された合成皮革、不織布に高分子弾性体が含浸され表面が銀面調あるいはスエード調に処理された人工皮革などを用いることができる。中でも、光透過型導電積層体の背面に配した光源が点灯した時にスイッチの文字や記号の視認性のために表皮材が不織布層あるいは起毛層を含んでいることが好ましい。
上記表皮材を構成する繊維質基体の繊維は、溶融紡糸法により直接紡糸されたものや、紡績糸、海島型繊維から海成分を溶解または分解することによって除去して得られる極細繊維などの極細繊維発生型繊維から取り出したものが使用できる。
本発明で用いられる透明導電基材は樹脂に導電材料を混合させて基材化したもの、あるいは、透明基材の少なくとも一方に導電材料を積層することによって得られるが、透明導電性の点から透明基材の少なくとも一方に導電材料を積層することが好ましい。
[光透過型導電積層体]
表皮材と透明導電基材を積層状態に設けて光透過型導電積層体を得る方法としては、接着剤により接着させる方法が好ましく用いられる。特に表皮材の裏面に熱溶融性接着剤を塗布した後に、フィルムとラミネート加工により積層一体化する方法が好適に用いられる。このとき、熱溶融性接着剤はフィルムに用いられる樹脂材料よりも融点の低い材料を用いることが好ましい。表皮材の裏面に熱溶融性接着剤を塗布する方法としては、表皮材の裏面全面にコーティングする方法のほか、スポット状に塗布する方法をとることができる。
[成型加工]
本発明の光透過型導電積層体は、様々な成型方法を使って、凹凸等所望の形状を有する光透過型導電成形体を得ることができる。成形加工により、凹凸をつけることでき、運転中で前を向いた状態でもスイッチの位置などを認識することが出来るため誤動作させることなく、使用することが可能となる。
真空成型、圧空成型、真空成型と圧空成型を組み合わせた圧空真空成型、プレス成型、プラグ成型、ラミネート成型、インモールド成型、インサート成型などの成型方法で成型することが可能である。本発明において、光透過型導電積層体の基材に用いられる樹脂の性質や、基材上に積層される層に用いられる樹脂の性質、表皮材の性質、さらにはそれぞれの厚み、成型させる形状に合わせた成型方法を選択することができるが、生産性の観点からフィルムインサート成型、真空成型、3次元ラミネート成型、熱プレス成型が好ましく用いられる。
本発明でいう光透過型導電成形体とは本発明の光透過型導電積層体を例えば上述した[成型加工]の項に記載した方法で成型したものをいう。本発明の光透過型導電成形体に用いる透明導電基材は成形性の面から、ナノカーボン、導電性高分子が好適に用いることができるが、成形倍率や、成形時にかかる熱、紫外線や高温高湿による信頼性の面からナノカーボンがもっとも好適である。前記ナノカーボンはカーボンナノチューブ(CNTと略すことがある)、グラフェン、フラーレンの他、短冊形状のグラフェンリボンやカーボンナノチューブの内部にフラーレンを配したピーポッド、円錐形状のナノホーンなどをいうが、導電性や生産性の観点からカーボンナノチューブが好ましく用いられる。また、本発明の成型体は、加飾フィルムや他の樹脂材料と貼り合せて使用することもできる。
本発明の光透過型導電積層体および光透過型導電成形体はタッチセンサー、光透過型面状発熱体、電磁波シールドなどに使うことができる。特に静電容量式タッチセンサーに好適に用いることができ、家電や車載、建材向けにおいては湾曲や成型できることによるデザイン性が向上するため良好なタッチセンサーとして使用することができる。
(1)表面抵抗値
透明導電基材の導電材料を積層した面に4探針プローブを密着させて、4端子法により室温下で導電層表面における表面抵抗値R0を測定した。測定に使用した装置は、ダイアインスツルメンツ(株)製の抵抗率計MCP−T360型、使用したプローブはダイアインスツルメンツ(株)製の4探針プローブMCP−TFPである。サンプルの幅が小さく4端子法により測定が困難な場合は、サンプルの両端部に幅5mmに銀ペースト(太陽インキ社製、「ECM−100」)を塗布、90℃30分乾燥し、テスターで端子間抵抗値を測定し、表面抵抗値を算出することとする。
JIS−K7361(1997年)に基づき、濁度計(日本電色工業(株)製「NDH4000」)を用いて光透過型導電積層体について透明導電基材面から入射するように測定した。全光線透過率が1%以上の素材を光透過型導電性積層体として適した素材であると判定した。
一般財団法人カケンテストセンターで実施している防透性試験にて評価した。白色と黒色のそれぞれのタイルの上に光透過型導電積層体を重ね合わせ、表皮材表面の色を測色機で測定する。光透過型導電積層体の下に白色タイルがある時と黒色タイルがある時のそれぞれの明度を測定し、以下の式にて防透性(%)を算出した。防透性が90%以上の素材を光透過型導電性積層体として適した素材であると判定した。
防透性(%)=(黒色タイル使用時の明度)/(白色タイル使用時の明度)×100
(4)表皮材の透過文字視認性
白色LED30000cd/m2、全光線透過率20%の拡散板を用いて作製した輝度3000cd/m2のバックライト上に黒の遮光フィルムから白抜きした5mm×5mmサイズのArialフォントのアルファベット文字(B、E)を置き、その上に光透過型導電積層体を被せ、50cm離れた距離で目視観察し、以下の基準で評価した。
評価者:20代女性5名、視力1.0以上(矯正含む)
採点方法:評価者5名が下記の要領で採点し、合計が11点以上の素材を光透過型導電性積層体として適した素材であると判定した。
3点:アルファベットのBとEとが識別できる。
2点:アルファベットのBとEとが識別できない。
1点:文字が確認できない。
以下、実施例、比較例で用いた表皮材について示す。
海成分としてポリスチレン20部、島成分としてポリエチレンテレフタレート80部からなる単繊維繊度3.8デシテックス、16島、繊維長51mmの海島型複合短繊維を用い、カード、クロスラッパーを通してウェブを作製した。次いで1バーブ型のニードルパンチにて3000本/cm2の打ち込み密度で処理し、繊維見掛け密度0.23g/cm3の複合短繊維不織布を得た。次に、固形分濃度12質量%に調整し、約95℃に加温した重合度500、ケン化度88%のポリビニルアルコールの水溶液に固形分換算で不織布重量に対し25%の付着量になるように浸積し、PVAの含浸と同時に2分間収縮処理を行い、100℃にて乾燥して水分を除去した。得られたシートを約30℃のトリクレンでポリスチレンを完全に除去するまで処理し、単繊維繊度約0.21デシテックスの極細繊維シートを得た。
直接紡糸法によって単繊維繊度0.21dtexの極細ポリエチレンテレフタレート繊維を製造し、長さ5mmに切断して主体短繊維とした。この主体短繊維を水中に分散させてスラリーを作製した。このスラリーから抄造法によって目付100g/m2の表面繊維層用抄造シートを作製した。裏面繊維層としてこの主体短繊維を水中に分散させてスラリーを作製した後、抄造法によって目付50g/m2の裏面繊維層用抄造シートを作製した。
海成分の熱可塑性樹脂としてエチレン変性ポリビニルアルコール、島成分の熱可塑性樹脂としてTgが110℃である、イソフタル酸変性ポリエチレンテレフタレート(イソフタル酸単位の含有量6.0モル%)を、それぞれ個別に溶融させ、海成分中に均一な断面積の島成分が10個分布した断面を形成しうるような、多数のノズル孔が並列状に配置された複数紡糸用口金に、それぞれの溶融樹脂を供給した。このとき、海成分と島成分との質量比が海成分/島成分=20/80となるように圧力調整しながら供給した。そして、口金温度260℃に設定されたノズル孔より溶融繊維を吐出させた。
海成分としてテレフタル酸とエチレングリコールを主たる構成成分としてなり、かつ、全酸成分に対し、8mol%の5−スルホイソフタル酸ナトリウムを含有する共重合ポリエステル20部、島成分としてポリエチレンテレフタレート80部からなる単繊維繊度3.8デシテックス、16島、繊維長51mmの海島型複合短繊維を用い、カード、クロスラッパーを通してウェブを作製した。次いで1バーブ型のニードルパンチにて3000本/cm2の打ち込み密度で処理し、繊維見掛け密度0.26g/cm3の複合短繊維不織布を得た。次に、固形分濃度12質量%に調整し、約95℃に加温した重合度1500、ケン化度99.5%のポリビニルアルコールの水溶液に固形分換算で不織布重量に対し25%の付着量になるように浸積し、PVAの含浸と同時に2分間収縮処理を行い、100℃にて乾燥して水分を除去した後、160℃で15分加熱した。得られたシートを約60℃の水酸化ナトリウム8%水溶液で海成分の共重合ポリエステルを完全に除去するまで処理し、単繊維繊度約0.21デシテックスの極細繊維シートを得た。
そして、得られたスエード調の基材をベージュ色の分散染料を用い130℃で、1時間液流染色し、還元、中和処理を行った。
表皮材1に、ポリカーボネート系ポリウレタンのDMF溶液を溶液重量が1000g/m2になる様塗布し、水中で凝固、脱溶媒させ、脱水後、120℃の熱風下で乾燥して表面平滑性に優れる微多孔性組織からなる湿式ミクロポーラス層を形成した。
110デシテックス/288フィラメントのポリエチレンテレフタレートフィラメント糸、撚り数1000T/mの撚糸使いの平織物を常法により精練、染色(分散染料にてベージュ色に染色)し、170℃で30秒間のヒートセットを行ない、経糸密度114本/2.54cm、緯糸密度96本/2.54cm、厚さ0.40mmの平織物とした。さらに、表面を240メッシュのエンドレスサンドペーパーを用いて起毛処理を施した。その後、表皮材5の製法における表皮材1をこの起毛平織物に置き換えて、あとは表皮材5の製法と同様の製法にて、厚み0.6mmの銀付き合成皮革(表皮材6)を得た。
表皮材6で用いた平織物を起毛させずに、あとは表皮材6の製法と同様の製法にて、厚み0.6mmの銀付き合成皮革(表皮材7)を得た。
56デシテックス/48フィラメントのポリエチレンテレフタレートフィラメント糸、撚り数2000T/mの強撚糸使いの平織物を常法により精練、染色(分散染料にてベージュ色に染色)し、170℃で30秒間のヒートセットを行ない、経糸密度93本/2.54cm、緯糸密度64本/2.54cm、厚さ0.40mmの平織物とした。さらに、表面を240メッシュのエンドレスサンドペーパーを用いて起毛処理を施した。その後、表皮材5の製法における表皮材1をこの起毛平織物に置き換えて、あとは表皮材5の製法と同様の製法にて、厚み0.6mmの銀付き合成皮革(表皮材8)を得た。
柔らかい仔牛のなめし革であるポルトローナ・フラウ社製レザー(ベージュ)を漉割機によって厚み調整を行い、厚み0.6mmの天然皮革シート(表皮材9)を得た。
ポリウレタン樹脂の水分散体(第一工業製薬株式会社製「スーパーフレックス150」固形分濃度:30質量%)をアンダーコート層用の樹脂とし、シリカ粒子の水分散体(日産化学工業株式会社製「スノーテックスOUP」固形分濃度:15質量%)をアンダーコート層に含まれるシリカ粒子とした。前記スーパーフレックス150とスノーテックスOUPと純水を5.25:4.5:5.25の質量比で混合し、固形分15質量%のアンダーコート層作製用の塗布液とした。
特開2015−115157号公報の実施例([0052]〜[0059])を参照し、カーボンナノチューブ分散液を得た。
6官能アクリルモノマー(共栄社化学株式会社製「DPE−6A」)をイソプロピルアルコールと酢酸エチルを7:3の質量比で混合した溶媒で希釈し、固形分濃度を2.0質量%とし、光重合開始剤(BASF社製「IRGACURE184」)を樹脂固形分に対して5質量%添加してオーバーコート塗液4とした。
ウレタンアクリレート(共栄社化学株式会社製「UF−8001G」)をイソプロピルアルコールと酢酸エチルを7:3の質量比で混合した溶媒で希釈し、固形分濃度を2.0質量%とし、光重合開始剤(BASF社製「IRGACURE184」)を樹脂固形分に対して5質量%添加してオーバーコート塗液1とした。
厚み100μmのポリエステルフィルム(“ルミラー”(登録商標)U48東レ社製)を基材として用い、基材の表面にアンダーコート塗液をワイヤーバーを用いて塗布し、100℃で1分間乾燥しアンダーコート層を形成した。その後、カーボンナノチューブ分散液をワイヤーバーを用いてアンダーコート層の上に塗布し、100℃で1分間乾燥しカーボンナノチューブ層を形成した。その後、オーバーコート塗液1をワイヤーバーを用いてカーボンナノチューブ層の上に塗布し、80℃で1分間乾燥した。さらに、UV照射装置(アイグラフィックス株式会社製「ECS−301」)を用いて窒素雰囲気下で積算光量400mJ/cm2の照射量でUV照射し、透明導電基材1を得た。
厚み200μmのポリカーボネートフィルム(“カーボグラス”(登録商標)旭硝子社製)を基材として用い、基材の表面にアンダーコート塗液をワイヤーバーを用いて塗布し、100℃で1分間乾燥しアンダーコート層を形成した。その後、カーボンナノチューブ分散液をワイヤーバーを用いてアンダーコート層の上に塗布し、100℃で1分間乾燥しカーボンナノチューブ層を形成した。その後、オーバーコート塗液2をワイヤーバーを用いてカーボンナノチューブ層の上に塗布し、80℃で1分間乾燥した。さらに、UV照射装置(アイグラフィックス株式会社製「ECS−301」)を用いて窒素雰囲気下で積算光量400mJ/cm2の照射量でUV照射し、透明導電基材2を得た。
導電性高分子であるPEDOT/PSS水分散体(ヘレウス社製「Clevios(登録商標)PH500」)をカーボンナノチューブ分散体として用いた以外は透明導電基材2と同様にして透明導電基材3を得た。
厚み50μmのITOフィルム(日東電工社製“エレクリスタ”(登録商標))を透明導電基材4として用いた。
表皮材1の裏面に熱可塑性ポリウレタン系ホットメルト接着剤(軟化点100℃)を溶融状態でドット状に配置し、接着剤塗布層を介して透明導電基材1を積層し、表面温度130℃の金属ロールとバックロールとの間を通過させることにより、貼り合わせ、光透過型導電積層体1得た。
表皮材2を用いた以外は、実施例1と同様にして光透過型導電積層体2を得た。
表皮材3を用いた以外は、実施例1と同様にして光透過型導電積層体3を得た。
表皮材4を用いた以外は、実施例1と同様にして光透過型導電積層体4を得た。
表皮材5を用いた以外は、実施例1と同様にして光透過型導電積層体5を得た。
表皮材6を用いた以外は、実施例1と同様にして光透過型導電積層体6を得た。
透明導電基材2を用いた以外は、実施例1と同様にして光透過型導電積層体7を得た。
透明導電基材3を用いた以外は、実施例1と同様にして光透過型導電積層体8を得た。
透明導電基材4を用いた以外は、実施例1と同様にして光透過型導電積層体9を得た。
光透過型導電積層体7を真空成形機(日本製図器工業株式会社製「Formech」)にてヒーター設定温度400℃で20秒間加熱後、図7に示す金型を用いて金型温度120℃で真空成形を行い光透過型導電成形体1を得た。
光透過型導電積層体8を用いた以外は実施例7と同様にして光透過型導電成形体2を得た。
表皮材7を用いた以外は、実施例1と同様にして光透過型導電積層体101を得た。表皮材の透過文字視認性試験において、光の透過は確認されるものの、輝度の強弱がばらついた不連続な点の集合体のように見え、文字の形状が判別しにくかった。
表皮材8を用いた以外は、実施例1と同様にして光透過型導電積層体102を得た。表皮材の防透性が低く、表皮材の透過文字視認性試験において、バックライトの光を点灯させていないときに遮光性フィルムシートの黒とバックライトの筐体のライトグレー色とが透けて見えてしまった。
表皮材9を用いた以外は、実施例1と同様にして光透過型導電積層体103を得た。表皮材の透過文字視認性試験において、文字が透過しなかった。
光透過型導電積層体9を用いた以外は実施例10と同様にして光透過型導電成形体101を得た。成型後の表面抵抗値を測定したところ絶縁しており、測定値が表示されなかった。
2:表皮材
3:接着層
4:透明導電基材
5:拡散板
6:LED
7:光透過型導電成形体
Claims (12)
- 入力側から少なくとも表皮材と透明導電基材が順に積層された、光透過型導電積層体。
- 前記表皮材が、織物、編物、不織布、合成皮革、人工皮革からなる群から選択される少なくともひとつから構成される請求項1に記載の光透過型導電積層体。
- 前記表皮材が、不織布から構成される層を含む請求項1に記載の光透過型導電積層体。
- 前記表皮材を構成する少なくともひとつの繊維質が、起毛加工されたものである請求項2または3に記載の光透過型導電積層体。
- 前記表皮材が、単繊維繊度2dtex以下の合成繊維および高分子弾性体を含む請求項1に記載の光透過型導電積層体。
- 前記光透過型導電積層体の全光線透過率が50%以上である請求項1〜5のいずれかに記載の光透過型導電積層体。
- 前記光透過型導電積層体の表面抵抗値が1〜1000Ω/□である請求項1〜6のいずれかに記載の光透過型導電積層体。
- 透明導電基材が、ナノカーボン、インジウム−スズ酸化物、銀、銅、金属ナノワイヤ、導電性高分子からなる群から選択される少なくともひとつを含む請求項1〜7のいずれかに記載の光透過型導電積層体。
- 請求項1〜8のいずれかに記載の光透過型導電積層体を用いた光透過型導電成形体。
- 透明導電基材が、ナノカーボン、導電性高分子のいずれかを含む請求項9記載の光透過型導電成形体。
- 請求項1〜8のいずれかに記載の光透過型導電積層体を用いた静電容量式タッチセンサー。
- 請求項1〜8のいずれかに記載の光透過型導電積層体の製造方法であって、フィルムインサート成型、真空成型、3次元ラミネート成型、熱プレス成型からなる群から選択される少なくともひとつで成型する光透過型導電成形体の製造方法。
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